MES-Система «MES-T2 2020» для электростанций

8 мая 2013 года первый заместитель главы Администрации Екатеринбурга, председатель конкурсной комиссии Швиндт С.В. подписал Протокол заседания по подведению итогов ежегодного конкурса инновационных и производственных проектов субъектов малого и среднего предпринимательства. Победителем конкурса среди инновационных проектов, планируемых к внедрению, признана компания ООО «Фирма ИнформСистем» с проектом MES-Система «MES-T2 2020» для электростанций.

ООО “Фирма ИнформСистем” разработала инновационную MES-Систему «MES-T2 2020» v.6.500.19 для реализации технологии экономии топлива и для увеличения энергоэффективности тепловых электростанций при автоматизации расчётов фактических и нормативных ТЭП в реальном времени, и которая может обеспечить предупреждение всех аварийных ситуаций на ТЭЦ, ГРЭС и АЭС.

Общий расчёт фактических и нормативных ТЭП средней электростанции происходит менее чем за одну секунду. А данный расчёт включает 20000 исходных и промежуточных показателей и 300 нормативных графиков. Вся система, состоящая из 70 задач, создаётся с нуля за 30 секунд. В этом случае при компиляции текстовых проектов автоматически генерируются все составляющие системы: база данных, экранные формы, отчёты и DLL-программы для расчёта.

Конструктивно MES-Система включает четыре составляющие: комплекс ПТО (Конструктор АРМов), приложение Клиент-Сервер, графический редактор, WEB-Приложение. Основным является конструктор АРМов. Приложение Клиент-Сервер и WEB-Приложение работают по настройкам этого конструктора АРМов. MES-Система не имеет своих средств сбора данных непосредственно с датчиков, а осуществляет их импорт из существующих на электростанции автоматизированных средств нижнего уровня: АСУТП, АСКУЭ (электроэнергия), АСКУТ (тепло), АСКУГ (газ) и др. При отсутствии каких-либо исходных данных используется ручной суточный ввод с последующей трансформацией данных на уровень минутных расчётов.

Конструктор АРМов осуществляет полную адаптацию MES-Системы к условиям конкретной электростанции и может эксплуатироваться в многопользовательской конфигурации Файл-Сервер. В этом случае конструктор АРМов выполняет две функции, как рабочее место администратора MES-Системы для внесения всевозможных коррекций и как толстый клиент, т.е. с множеством аналитических, оптимизационных и других функций. Но в данном случае есть одна очень важная особенность, что используется Файл-Сервер 3-х звенной структуры. Подобной конфигурации не может быть ни в одной другой системе, т.к это наше ноу-хау. Преимуществами конфигурации Файл-Сервер являются: отсутствие SQL-Сервера, на порядок выше скорость расчёта, огромное число аналитики и других возможностей.

Конфигурация Файл-Сервер 3-х звенной структуры это новое слово в инновационном спиралевидном развитии информационных технологий. В то время, когда все поголовно перешли на Клиент-Сервер, мы по иному представили неограниченные возможности Файл-Сервера с прямым доступом к базе данных без использования медлительного SQL-языка. В данном случае имеется сервер информационных баз данных, сервер приложений и толстый клиент. Все расчёты выполняет сервер приложений на DLL-программе.

Приложение Клиент-Сервер включает тонкий клиент и сервер приложений на DLL-программе. В данном случае SQL-Сервер используется тот, который предпочитает электростанция. В самом начале функционирования на SQL-Сервер закачиваются из комплекса ПТО все настройки и базы данных, и MES-Система в конфигурации Клиент-Сервер готова к работе.

Графический редактор нами был разработан раньше комплекса ПТО, как самостоятельный программный продукт для создания архивных тепловых и электрических схем иерархической структуры в векторном формате с возможностью представления динамической информации. В дальнейшем он был модернизирован в содружестве со специалистом из Свердловэнерго. При создании MES-Системы графический редактор был в неё интегрирован.

WEB-Приложение является экзотическим программным продуктом. Он позволяет размещать в Интернете все расчёты ТЭП с ручным вводом исходных данных и с аналитикой.

Такая многосторонняя реализация MES-Системы позволяет удовлетворить многие потребности генерирующей компании для экономии топлива с целью увеличения энергоэффективности электростанций и значительно повысить её привлекательность для инвесторов. На этой MES-Системе также легко реализуются задачи по предупреждению всех аварийных ситуаций.

В MES-Системе «MES-T2 2020» все аспекты выполнены по технологии радикальной инновации. Особую роль в инновационной MES-Системе играют два момента: Самонастройка всего комплекса ПТО для любых электростанций: ТЭЦ, ГРЭС, ПГУ, ГЭС, АЭС и DLL-программы для расчёта.

Самонастройка комплекса ПТО делает возможность разворачивание большой автоматизированной системы от нажатия одной кнопки. При этом текстовые проекты технологических задач преобразуются в необходимые составляющие комплекса: базы данных, экранные формы, отчёты, DLL-программы. Вся настройка комплекса выполняется за несколько секунд автоматически. Такая мгновенная адаптивность программного комплекса к постоянно изменяющимся внешним и внутренним факторам позволяет всегда иметь достоверную математическую модель электростанции.

Уникальные DLL программы автоматически создаются в машинных кодах при компиляции текстовых проектов. Этим достигается самая высокая скорость расчётов, что обеспечивает реализацию оптимизационных задач динамического программирования на полной реальной модели электростанции.

Можно много говорить и об интеллектуальных возможностях MES-Системы с использованием технологических срезов, и о ХОП оптимизации, и о симплексном методе решения задач линейного программирования, и о решении оптимизационных задач методом динамического программирования с минимаксной стратегией, и об инновационных алгоритмах предупреждения Аварийных Ситуаций. Но остановлюсь лишь на двух немаловажных моментах, т.е. MES-Система «MES-T2 2020» – это полностью наша собственная разработка, аналогов которой нет даже за рубежом, и невероятная лёгкость внесения изменений в технологические задачи самими технологами электростанций.

В процессе длительной разработки MES-Системы мы осуществляли черновую адаптацию комплекса ПТО на двух десятках ТЭЦ, ГРЭС и АЭС.

Вообще-то, можно только гордиться этой российской разработкой, которая вылилась в такую мощную инновационную MES-Систему для любых непрерывных производств. Продвижение же её именно для электростанций связано только с моим огромным опытом работы в электроэнергетике и, особенно, на атомных электростанциях.

Какие технологические задачи решает:

1) Автоматизированный ввод данных из существующих средств сбора информации.

На каждой из 300 электростанций имеются свои различные средства сбора данных с датчиков давления и температуры и со счётчиков электроэнергии: АСКУЭ, АСКУТ, АСКУГ (автоматизированные системы коммерческого учёта электроэнергии, тепла, газа), АСУТП, пчела, дельта и прочее. Они все имеют разных разработчиков, различную идеологию и свои базы данных. Интервалы опроса датчиков от нескольких секунд. Поэтому из всех этих различных баз данных нужно собрать необходимую информацию в единую базу с восстановлением недостающих сигналов в необходимые отрезки времени – минута или полчаса.

2) Ручной ввод суточных и месячных данных.

Месячный ввод данных используется для заведения плановых показателей для месячных задач. Суточный ввод используется для недостающих исходных параметром автоматизированного ввода и для условно-постоянных показателей. В этом случае суточные значения трансформируются в получасовые и минутные базы данных. А при необходимости для большей достоверности они могут обрабатываться регрессионными зависимостями вместе с параметрами, по которым присутствуют датчики.

3) Расчёт ТЭП (технико-экономических показателей) оборудования и электростанции в целом.

Все технологические задачи оформляются в виде текстовых проектов на простом инженерном метаязыке технолога с помощью инструментального средства “Конструктор проектов”, где алгоритмы формируются с помощью шаблонов. Проект включает два основных описания задачи в табличном виде: описание колонок со станционными номерами однотипного оборудования (котёл, турбина) и описание строк с исходными и расчётными показателями этого оборудования в следующем виде: обозначение, единица измерения, наименование, алгоритм расчёта.

После компиляции проектов автоматически создаются: базы данных, экранные формы, отчёты и расчётные DLL-программы.

В результате полный расчёт ТЭП (расчёт: фактических и нормативных ТЭП, отпуска тепла, затрат на собственные нужды и потерь электроэнергии и тепла) по средней электростанции включает 20000 исходных, промежуточных и результирующих показателей и 300 энергетических характеристик оборудования и нормативных графиков. Этот расчёт ТЭП выполняется менее 1 секунды.

4) Мониторинг текущего перерасхода топлива и других показателей на БЩУ (блочный щит управления).

Затраты топлива составляют более 50% в себестоимости электроэнергии и тепла, поэтому минимизация этих затрат является основной целевой функцией управления производством электростанции. Здесь следует заметить, что только ликвидация неконтролируемого в настоящее время перерасхода топлива может его сэкономить более чем на 10%, что в среднем соответствует ежегодному приросту прибыли в 300 миллионов рублей с каждой электростанции.

Перерасход топлива соответствует разности фактического расхода и нормативного, который получается в результате полного расчёта ТЭП. Постоянный мониторинг текущего перерасхода топлива на БЩУ создаёт принудительную мотивацию для эксплуатационного персонала по экономии топлива. При отсутствии данного мониторинга любой высококвалифицированный персонал обязательно допускает перерасход топлива на каждом технологическом срезе, т.к. он просто о нём ничего не знает. В результате перерасход топлива за месяц суммируется из всех перерасходов в каждом срезе.

Игнорирование этого факта ведёт к элементарному сокрытию резерва увеличения энергоэффективности электростанций. Дело в том, что существующие в настоящее время месячные расчёты перерасхода топлива методологически неверны из-за криволинейности нормативных графиков.

5) Выработка рекомендаций по оптимальной загрузке основного оборудования.

Оптимизация загрузки оборудования электростанции даёт экономию топлива в 3-5%. Здесь имеется несколько подходов оптимизации: симплексный метод решения системы линейных уравнений, метод динамической оптимизации на полной модели электростанции с минимаксной стратегией, метод ХОП (характеристика относительных приростов) оптимизации. Следует отметить, что решение системы линейных уравнений реализуется как обычная технологическая задача на текстовом проекте.

6) Расчёт необходимого прогнозного количества топлива.

Для расчёта прогнозного количества топлива используются удельные затраты топлива на выработку электроэнергии и тепла. Но есть более точный метод расчёта, который использует информацию о технологических срезах в базе знаний при нулевом перерасходе топлива. Для этого достаточно задать планируемый график поставки электроэнергии и тепла, а также сведения о работающем оборудовании и температуре воздуха.

7) Анализ и выявление некорректных срабатываний дискретных сигналов при аварийных ситуациях.

В данном случае с минимальным интервалом автоматизированного ввода данных сравнивается текущее состояние дискретных параметров с предыдущим. При выявлении изменения анализируется его корректность. В случае некорректности выдаётся сообщение на БЩУ. Здесь дополнительно могут быть задействованы и аналоговые параметры.

Алгоритмы корректности описываются также в текстовых проектах аналогично технологическим задачам.

8) Представление ретро и текущей аналитики исходных и расчётных показателей.

Для аналитики представлено множество инструментов: обзор показателей с настройкой для других аналитических инструментов, оперативный журнал, оперативный мониторинг, экспресс-анализ с возможностью построения иерархических схем без графического редактора.

При вызове аналитики из экранной формы автоматически формируется журнал по заданному показателю для всех единиц конкретного оборудования и выводится график. Здесь же аналитику можно просматривать в разрезе получасов за сутки, в разрезе суток за месяц, в разрезе месяцев за год, а также в разрезе вахт за месяц.

9) Передача необходимых данных на верхний уровень.

По Интернет может быть передана любая информация, включая и оперативные данные по перерасходу топливу и основным текущим показателям электростанции.

10) Формирование месячных отчётных документов.

Отчётные документы формируются как месячные задачи в виде текстового проекта. Месячные данные получаются накоплением суточных данных, а суточные и сменные накоплением получасовых. Месячные данные по вахтам формируются из данных по сменам на основе графика вахт.

11) Построение электрических и тепловых графических схем с выводом динамической информации.

Графический векторный редактор позволяет создавать иерархические технологические схемы с представлением энергетических примитивов, рисунков и текстов. На эти схемы можно выводить текущую аналоговую и дискретную информацию.

12) Текущее внесение изменений в алгоритмы технологических задач.

Вся жизненность системы обеспечивается лёгкостью внесения любых изменений самими технологами в структуру расчётов и в алгоритмы задач. Все изменения вносятся посредством коррекции текстовых проектов с последующей их компиляцией без потери технологической информации в базах данных.

Скажем, на электростанциях внедрена отличнейшая Программа для автоматизации месячных расчётов фактических и нормативных ТЭП за 2 миллиона рублей на каждую электростанцию. Ну, а где прибыль от этой Программы? Ну, а где достоверная информация о текущем перерасходе топлива? Ну, а где виден резерв повышения энергоэффективности электростанций?

Очень грустно, что ничего этого нет. Можно сколько угодно похваляться мониторингом ТЭП, но если нет и намёка на прибыль, то грош ему цена.

Так вот, о множестве конструктивных конкурентных преимуществ MES-Системы мы здесь сознательно умолчим, т.к. все они работают на экономические конкурентные преимущества, а именно на огромную потенциальную прибыль, на полную ликвидацию имеющегося перерасхода топлива и на увеличение энергоэффективности электростанций.

Немаловажным конкурентным преимуществом является и то, что «MES-T2 2020» является единственной отечественной MES-Системой, предназначенной для электроэнергетики. Отличие её от зарубежных систем заключается в том, что она легко адаптируемая и высокоскоростная. Она легко впитывает любые пожелания заказчика, которые быстро реализуются без дополнительной оплаты.

MES-Система вносит в устоявшуюся технологию выработки электроэнергии и тепла абсолютно новый качественный передел: автоматизированный коммерческий учёт перерасхода топлива.

Преимущества:

1) Описание набора технологических задач на простом человеческом МЕТА языке в текстовом редакторе в виде Проекта;

2) Автоматическая настройка всей MES-Системы с текстового описания, т.е. автоматическое создание Проводника задач, Информационных баз данных, Экранных таблиц и Отчетов;

3) Автоматическое создание скоростных расчётных DLL-программ;

4) Реализация оптимизационных задач: Симплекс-методом, ХОП-методом (характеристика относительных приростов) и методом динамического программирования;

5) Автоматическая настройка приложения Клиент/Сервер с любым SQL-Сервером (MS SQL Server, Oracle, Interbase, MySQL, Informix и др) по 3-х звенной структуре;

6) Автоматическая настройка WEB-Приложения для расчётов в Интернете.

Говорить о рентабельности при затратах на внедрение до 10 миллионов рублей и получение прибыли при этом в 300 миллионов рублей по каждой электростанции, это вообще нонсенс. Более рентабельного внедрения на практике просто не бывает. Другое дело, что встаёт большой вопрос о размерах прибыли и вообще, есть ли эта прибыль? Но тогда здесь возникает два уточняющих вопроса: Есть ли на самом деле перерасход топлива на электростанциях и возможно ли получение прибыли за счёт ликвидации этого перерасхода?

Но ведь все согласятся, что, не выполнив полномасштабного внедрения MES-Системы хотя бы на одной электростанции, вы этого никогда так и не узнаете. Можно сколь угодно убеждать вас, что на самом деле этот перерасход топлива огромен, но это всё эмоции. Только практика является критерием настоящей истины. И все грамотные технологи прекрасно понимают, что неконтролируемый перерасход топлива обязательно есть. Но если десятками лет этот перерасход топлива методически не показывали, то согласиться, что он был всегда, психологически очень трудно.

Только здравый смысл и желание по-новому взглянуть на привычные вещи, может поставить под сомнение факт существования экономии топлива, т.е. фактический расход не может быть меньше нормативного расхода топлива на любом отрезке времени. Ну, а если нет в природе экономии топлива, то, следовательно, есть его перерасход. Вот его то, как раз легко выявит и предоставит полную текущую аналитику MES-Система.

Но когда этот внушительный перерасход топлива предоставлен “на блюдечке”, то вопрос его полной ликвидации, а, следовательно, и получения дополнительной немалой прибыли, это уже технический вопрос, относящийся только к компетенции Генерирующей компании и электростанции.

По нашим исследованиям неконтролируемый перерасход топлива превышает 10% и он не зависит от износа оборудования, а является только следствием человеческого фактора. Нами выявлено, что в дневные часы, т.е. при максимальной загрузке, перерасход топлива близок к нулю. А в ночные часы этот перерасход зашкаливает за 30%. Но, так как отсутствуют получасовые расчёты ТЭП, выявить и исправить этот перерасход без MES-Системы не возможно, т.к. эксплуатационный персонал в части перерасхода топлива управляет электростанцией фактически вслепую, т.е. полностью отсутствует принудительная мотивация по экономии топлива.